Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 1

Tính toán liên kết sàn với dầm sàn 6 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm 7 Tính toán thiết kế dầm phụ Cả nhómChọn sơ đồ tính toán Cả nhómXác định tải trọng tác dụng lê

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP I

Nội dung: Thiết kế sàn 1 tầng nhà công nhiệp bằng thép

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Thanh Hưng

1 Xây dựng kế hoạch thực hiện đồ án Cả nhóm

2 Họp nhóm thông qua kế hoạch và phân công công

bền

Chọn sơ đồ tính toánXác định tải trọng tác dụng lên dầm

Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính

toán

Chọn tiết diện dầm

Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo

điều kiện biến dạng

Tính toán liên kết sàn với dầm sàn

6 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm

7

Tính toán thiết kế dầm phụ Cả nhómChọn sơ đồ tính toán Cả nhómXác định tải trọng tác dụng lên dầm Cả nhóm

Vẽ biểu đồ nội lực M,V.Xác định nội lực tính

8

Tính toán thiết kế dầm chính

Cả nhóm

Chọn sơ đồ tính toánXác định tải trọng tác dụng lên dầm

Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính

toánChọn tiết diện dầmKiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều

kiện biến dạngThay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề

rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)Tính toán liên kết cánh với bụng dầmKiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định

cục bộ của dầmTính toán liên kết dầm phụ với dầm chính

9 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm

PHẦN II: NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ

2.1Nội dung, yêu cầu

Thiết kế sàn tầng 1 nhà công nghiệp bằng thép, bao gồm 2 nhịp, với hệ dầm phức tạp:

Theo trình tự sau:

1 Trên cơ sở số liệu đã cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt bằng lưới cột, dầm 2.Chọn chiều dày bản sàn thép, tương ứng độ võng cho phép của bản sàn [] =

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

4 Tính toán, thiết kế dầm chính, theo các nội dung:

- Chọn sơ đồ tính toán

- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.

- Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán.

- Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba bản thép.

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

- Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)

- Tính toán liên kết cánh với bụng dầm.

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của dầm.

- Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết khác của dầm và hệ dầm:

+ Liên kết gối dầm dầm chính với cột

Hệ số vượt tải: của tĩnh tải  g 1,05; của hoạt tải  p 1,3

- Chiều cao lớn nhất cho phép: hmax= 1,3m

- Liên kết hàn điện bằng tay, que hàn N42, N46 hoặc tương đương.

- Độ võng cho phép: của dầm phụ [/L] = 1/250; của dầm chính [/

L] = 1/400

Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng tầng 1 nhà công nghiệp 2 tầng

PHẦN III: QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN

3.1Sơ đồ kết cấu

Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phức tạp, gồm ba hệ thống dầm đặt vuông góc vớinhau và song song với hai cạnh của ô sàn: Dầm chính đặt song song với cạnh dài của ô bản và kê lên cột Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn của ô bản Dầm sàn

đặt song song với cạnh dài của ô bản và chịu tải trọng từ sàn truyền xuống Sơ đồ kết cấu như hình vẽ :

3.2Tính toán kích thước bản sàn thép :

3.2.1 Chọn kích thước bản sàn:

Chọn ts = 10 mm (phụ thuộc vào Pc tra bảng 3.1)

Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn :

1 15

3.2.2Tính toán và kiểm tra bản sàn

Cắt một dải bản rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn của nhịp sàn Do được hàn với dầm bằng các đường hàn góc, dưới tác dụng của tải trọng, sàn bị ngăn cản biến

dạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm Lực kéo và mômen này làm giảm mômen nhịp và độ võng cho bản Thông thường, mômen âm khá bé, trong tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm, chỉ xét ảnh hưởng của lực kéo H Sơ đồ tính toán bản là dầm có hai gối cố định chịu tải trọng tính toán phân bố đều qtt được thể hiện như hình vẽ:

 Kiểm tra độ võng của bản sàn:

- Độ võng ở giữa nhịp bản do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:

Vậy bản sàn đảm bảo về điều kiện độ võng

3.2.2.3.Kiểm tra điều kiện bền của bản sàn:

- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là:

6 1

1 1,3 2, 26 10 1 321,86( )

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện về cường độ

3.2.3 Tính toán và kiểm tra liên kết giữa sàn với dầm sàn

3.2.3.1.Chiều cao đường hàn

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực kéo H Hàn sàn vớidầm sàn bằng phương pháp hàn tay, que hàn N42 là đường hàn góc Chiều cao của đường hàn đó xác định theo công thức:  

c w

f

f

H h





minTrong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

f , s hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1

fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng chảy

Ngoài ra còn phải thoả mãn yều cầu cấu tạo:

3.2.3.2.Kiểm tra tiết diện đường hàn:

Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm sàn :

Dầm sàn được coi là dầm liên tục, khoảng cách giữa các nhịp dầm là: lds = a = 3m

Để thiên về an toàn,ta tính dầm sàn theo dầm đơn giản Tải trọng tác dụng lên dầm sàn là tải từ sàn truyền và là tải phân bố đều (hình vẽ)

Hình 3.3:Diện chịu tải và sơ đồ tính dầm sàn

Tải trọng từ sàn truyền vào dầm sàn là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

1

57222

20, 487( ) 1,12 0,95 2450

Hình 3.4: Tiết diện dầm sàn I.10

3.3.1.3.Kiểm tra tiết diện dầm sàn:

Kiểm tra tiết diện dầm sàn theo điều kiện độ bền(có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

Tải trọng tác dụng lên dầm sàn có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:

- Tải trọng tác dụng lên dầm sàn có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:

Tải trọng tiêu chuẩn:

max max

1

c x

t I

S V



   

 max max

max max

max

2231, 76 23

576,09( )

198 0, 45 576,09( ) 1334 0,95 1267( )

Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền, độ võng

Do dầm sàn liên kết trực tiếp với sàn nên ta không cần kiểm tra ổn định tổngthể

-Lực từ dầm sàn truyền lên dầm phụ là lực phân bố đều, do các dầm phụ đặt gần nhau (l <1m)

Diện chịu tải do dầm sàn và sàn truyền vào dầm phụ là:

Hình 3.5:Diện chịu tải 1 lực tập trung và sơ đồ tính dầm phụ

Tải trọng từ sàn và dầm sàn truyền vào dầm phụ là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

31,528( / ) 550

Tra bảng thép cán sẵn và thử dần ta chọn được thép dầm là thép I33 có các đặc trưng hình học:W x  579(cm3 );g  42, 2(kg m/ ) 0, 422(  daN cm b/ ); f  14(cm)

Kiểm tra tiết diện dầm phụ:

 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền (có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

Tải trọng tác dụng lên dầm phụ có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:

-Tải trọng tiêu chuẩn:

M

f

C W

    

2 max

Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng

 Kiểm tra bản bụng dầm phụ chịu ứng suất cục bộ:

l t

P

c z w

Hình 3.7: Sơ đồ tải trọng cục bộ của dầm phụ

b t

b t

b b

l

f

f f

f f

f f

  1.12 vật liệu làm việc trong giai đoạn dẻo

h f h t f là khoảng cách trọng tâm hai cách nén  h f  33 1,12 31,88(   cm)

t f  1,12(cm); 14 12,5 15

1,12

f f

3.5.1.Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm chính:

Dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng tập trung do dầm phụ,dầm sàn

và bản sàn truyền xuống.Vì khoảng cách giữa các dầmphụ a=1.7m >1m nên ta không quy về phân bố đều mà tính toán theo tải trọng tập trung.

pL/9 5pL/9 8pL/9 10pL/9 5p

p 2p 3p 4p 5p

Hình 3.8: Diện chịu tải và sơ đồ tính dầm chính.

Lực từ dầm phụ truyền lên dầm chính là lực tập trung:

- Tải trọng tiêu chuẩn do dầm phụ truyền vào dầm chính là:

Theo cơ học kết cấu thì ta có thể xác định nội lực trong dầm như sau :

- Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:

3.5.2 Thiết kế tiết diện dầm:

3.5.2.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm:

 Chiều cao tiết diện dầm phải đảm bảo các yêu cầu về sự dụng và kinh tế

max min

kt d

d

h h

h h h

p L EI

max

L p

tc tc tt

dc

p p

+ Chiều cao hmax  1,3m 130(cm)

+ Chiều cao h kt của dầm tính theo công thức: x yc

Đối với dầm hàn chọn hệ số cấu tạo k 1,15

Mômen kháng uốn cần thiết là:

max 44409688,89 3

20324,8( ) 0,95 2300

yc x

Chiều dày bản bụng dầm tw được chọn từ việc xác định chiều cao dầm, tw

càng nhỏ thì dầm càng nhẹ Tuy nhiên tw cần đảm bảo điều kiện chịu lực cắt lớn

nhất Giả thiết chiều dày cánh dầm t f  2, 4(cm)

cm t

h



cm t

Kích thước cánh dầm phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo sau:

3.5.2.4 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ:

 Các đặc trưng tiết diện dầm:

Diện tích tiết diện dầm:A A wA f  125, 2 1, 2 2 65 2, 4 462, 2(      cm2 )

Mômen quán tính và mômen kháng uốn của tiết diện với trục trung hoà x –x

h h

 Kiểm tra điều kiện cường độ:

- Trọng lượng bản thân dầm chính quy về lực tập trung là:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen tại tiết diện giữa dầm là:

 Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

 Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất:

w x

t I

S V



   

 max max

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt.

3.5.3 Tính toán và kiểm tra liên kết giữa dầm phụ với dầm chính:

Chiều cao đường hàn liên kết giữa bản thép nối vào dầm chính chịu lực cắt H

w  

min

H l

 

Trong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

f , s hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1

fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng chảy

Chọn l bg  125, 2(cm) kết hợp với sườn gia cường

Vậy tiết diện bản ghép làA bg l bgt bg  125, 2 1, 2 150, 24(   cm2 )

 Kiểm tra liên kết hàn:

Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm chính:

 Kiểm tra tiết diện 2(theo vật liệu của thép cơ bản theo biên nóng chảy):

Vậy liên kết giữa bản thép nối với dầm chính đảm bảo điều kiện cường độ

 Tính toán và kiểm tra liên kết bu lông giữa dầm phụ với bản thép nối:

Chọn n 2 với đường kính d=25 mm Bố trí như sau:

 Kiểm tra bulông chịu mômen M và lực cắt V:

+ f vb– Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông f vb  1600(daN cm/ 2 )

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0,9

+A– Diện tích của tiết diện ngang bulông A 4,9(cm2 ) đối với bulông có

+ f cb– Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f cb  4650(daN cm/ 2 )

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0,9

+d – Đường kính thân bulông d  2,5(cm)

+tmin– Tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phíamin 1( )

max 9418,75

4709,37( ) 2

dp blV

+ l max :Khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông ngoài cùng

+ l i2 :Tổng bình phương khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông đốixứng qua trọng tâm nhóm

+ m:Số bulông của một dãy

- Công thức kiểm tra khả năng chịu lực của một bulông:

N bl  5083,3(daN)  N minb c 7056 0,95 6703, 2(   daN)

Vậy liên kết bu lông đảm bảo chịu lực

Hình 3.10: Liên kết dầm phụ với bản ghép

Kiểm tra tiết diện giảm yếu

Công thức kiểm tra:

1

n

N f

A  

Trong đó  1 là hệ số điều kiện  b1 0,9 với n=2

Chọn đường kính của lỗ bulông là d'  d 0, 2 2,5 0, 2 2,7(    cm)

Diện tích thực của tiết diện tại vi trí giảm yếu:

3.5.5 Thay đổi tiết diện dầm:

 Nguyên nhân giảm:

Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lượng dầm khi thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm ở phần dầm có mômen uốn bé Chọn cách thay đổi bề rộng bản cánh vì bản cánh chủ yếu chịu mômen uốn trong dầm

 Nguyên tắc giảm:

- Không thay đổi kích thước bản bụng vì bản bụng chủ yếu chịu lực cắt.

- Thay đổi kích thước bản cánh vì bản cánh chủ yếu chịu mô men uốn trong dầm.

- Chỉ thay đổi bề rộng cánh không thay đổi bề dày cánh vì giảm chiều dầy dẫn đến

độ mảnh lớn dễ mất ổn định cục bộ cho cánh nguy hiểm

* Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn:

2 2 18( )

c f

- Diện tích thực của cánh dầm đã thay đổi: A ct  t f b'f  2, 4 35 84(   cm2 )

- Xác định vị trí bắt đầu thay đổi tiết diện:

Hình 3.12: Thay đổi tiết diện bản cánh

 Kiểm tra độ bền của tiết diện dầm đã thay đổi:

-Các đặc trưng tiết diện dầm:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen là:

x

c x

M

daN cm f daN cm W

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

 Điều kiện bền của dầm theo lực cắt là:

1

70071, 42 7710, 4

511,5( ) 1334 0,95 1267,3( ) 880166,06 1, 2

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt

-Kiểm tra theo ứng suất tương đương:

* Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 3m không trùng vị trí đặt dầm phụ nên không có ứng suất cục bộ: cb =0

- Mô men tĩnh của cánh tiết diện đối với trục trung hoà:

f

E h

b t

b t

b b

  1 vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi

h f h t f là khoảng cách trọng tâm hai cách nén  h f  130 2, 4 127,6(   cm)

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

Do liên kết hệ dầm là liên kết thấp nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

Bụng dầm chịu tác dụng của   , hoặc   

Bụng dầm tiết diện mỏng có thể mất ổn định do ứng suất pháp giữa dầm, do riêng ứng suất tiếp ở đầu dầm hoặc do cả hai ứng suất   , ở vị trí gần gối tựa

 Kiểm tra bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất tiếp:

Những vùng ở gần gối tựa lực cắt lớn, bản bụng dầm có thể bị méo đi do tác dụng của ứng suất tiếp

Công thức kiểm tra:

 w     w 

Ở đây dầm chịu tải trọng tĩnh nên  w   3.2

- Độ mảnh quy ước của bản bụng dầm:

Bố trí kết hợp với bản thép thành sườn gia cường:

Khoảng cách các sườn a  2 hw   2 125.2 250.4(  cm); chọn a=170cm

Chiều cao sườn: h s  125.2(cm),chiều rộng sườn b s  9(cm)

Các sườn được hàn vào bụng và cánh dầm bằng đường hàn theo cấu tạo

Hình 3.14: Bố trí sườn gia cường

 Kiểm tra bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất pháp:

 Nên bụng dầm không bị phá hoại bởi ứng suất pháp.

- Kiểm tra ổn định dầm dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp đồng thời:

Kiểm tra cho từng ô:

Xét trường hợp không có lực tập trung tác dụng ở cánh nén dầm ( c  0)

và độ mảnh quy đổi của bản bụng thoả mản điều kiện  w 3, 48 6 

3q

2q q

X2 X3 X4 X5

1700 1700 1700 X1

X6

1700 1700

350

1pL

5pL

8pL10

9pL 11

9pL4q

5 5 23357,14 1600

2076190, 2

tt dc x

2 1

0,97

w

f C

- Xét tỷ số :

w

170

1,35 0,8 125.2

3023 3023

23357,14 14121726,84

tt dc x

0,97

w

f C





- Kiểm tra ổn định bản bụng dầm theo công thức:

cr cr

+ f v  1334(daN cm/ 2 )

2

0,76 1334 10,3 (1 ) 881,39(kG/cm )

0,97

w

f C

Với: 2 2

0

0.76 10.3 (1 ) v

0,97

w

f C

w

f C

 Ô bụng 6: Công thức kiểm tra:

c

cr cr

ứng suất pháp tới hạn C cr xác định như sau:

2

2300 34,16 83503,03(daN/cm )

0,97

w

f C

VS h

c) Chọn kích thước tiết diện sườn đầu dầm:

Chọn sườn đầu dầm có chiều rộng bằng chiều rộng cánh dầm, cấu tạo sườn gối như hình vẽ, ta có:

Sườn đầu dầm chịu phản lực tại gối tựa: *

max 116785,7( )

Chiều dày sườn đầu dầm ta chọn t s  12(mm) (t s tw)

Từ điều kiện ổn định cục bộ của bản thép làm sườn:

d) Kiểm tra sườn gối dầm đã chọn:

Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản thép sườn gối, và đã chọn tiết diện theo điều kiện này

-Kiểm tra điều kiện ép mặt tại mút dưới sườn

Xác định cường độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép CCT38, theo cường độ bền fu tính được : 3800 3619,04( / 2)

1,05

u c m

Kiểm tra điều kiện ép mặt:

z

h i

Tra bảng II.1 phụ lục, tương ứng với   14,7; có hệ số uốn dọc   0,975

Kiểm tra điều kiện bền về ổn định:

-Nội lực tại điểm nối dầm:

x x

Vậy tiết diện bản ghép là: l bgb bgt bg  120 37 12(   cm)

b Tính mối nối bản cánh kéo:

Dùng đường hàn đối đầu xiên góc để nối bản cánh (sử dụng đường hàn xiên góc0

60 để cường độ mối hàn gần bằng cường độ thép cơ bản)

- Mối nối bản cánh nén dùng bản ghép và dùng đường đối đầu

Phần mômen phân cho bản cánh:

Chiều cao đường hàn:

 Chọn tiết diện vai cột là tiết diện thép tổ hợp

Chọn chiều dày của bản ghép bằng chiều dày bụng dầm chính có t1  1, 2(cm)

Ta có :

f min

f min

1.2t 12(mm) h

Chiều cao đường hàn liên kết giữa bụng vai cột và cột chịu lực cắt H

w  

min

H l

 

Trong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

f , s hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1

fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng chảy